霍雷雷
(汾西矿业集团水峪煤业，山西 孝义 032300)
厚煤层开采在我国煤炭行业占据较高比例，据统计，当前我国厚煤层的产量、储量在全国煤炭的产量、储量中所占的比例高达40%～50%。而厚煤层开采面临的一大现状就是巷道大多沿煤层底板掘进，优点是适宜综合机械化掘进、掘进速度快、掘进成本低，但缺点也同样明显，巷道处于煤层中，巷道围岩是煤体，强度低，裂隙发育，支护困难，后期围岩变形明显，维护难度和成本均有提高。尤其是处于采掘工作最前沿的区段平巷，经历巷道采掘活动的多次扰动，巷道围岩破坏更加明显，支护难度更高[1-3]。针对汾西矿业集团水峪煤业公司5201运输平巷的支护难题展开研究，对巷道支护方案进行合理化设计，并进行现场支护实践及支护效果检验。
1 工程概况及支护难点分析
5201工作面主采2#煤层，煤层厚度6.6 m～10.5 m，平均厚度7.6 m，埋深介于210 m～260 m，为近水平煤层，轨道平巷与运输平巷两巷布置。其中，运输平巷沿煤层底板掘进，设计巷道宽5.3 m、高3.3 m，净断面达到17.5 m2。巷道掘进后顶煤平均厚度达到4.3 m，顶煤受应力扰动，较为破碎；直接顶为平均厚度1.6 m的细中粒砂岩，节理发育；老顶为平均厚度8 m的中粗砂岩，较坚硬致密。
总的来说，5201运输平巷的围岩条件较差，巷道掘进后顶煤及直接顶不易形成承载结构，需要在更上部的老顶处形成承载结构，而人工施加的外部支护需要支撑顶煤及直接顶的载荷，巷道支护难度较大。其次，巷道掘进过程中预计将揭露近20条落差不一的断层，其中有多条为连续构造，断层区域岩石破碎程度高，力学性质复杂，遇水膨胀，巷道掘进过断层时支护更为困难，掘进速度放慢，矿压显现强烈，极易发生支护失效，造成漏冒顶事故。除此之外，5201运输平巷另一个支护难点在于较大的巷道宽度和断面，巷道宽度增大会造成顶板破坏程度加倍，先是巷道中部煤岩层发生下沉变形，进而产生拉裂破坏及顶板离层，然后拉破坏和离层继续向上发展，造成巷道顶板难以在小范围内形成承载结构，表现为更大范围的破坏，同时，巷道高度的加大也会造成巷帮的承载能力减弱，加剧巷道围岩的变形程度，对支护造成更大困难。
2 巷道宽度影响围岩变形模拟研究
为掌握具体地质生产条件下巷道宽度对围岩变形的影响，在研究过程中借助FLAC3D数字模拟工具，分别模拟了顶煤厚度、巷道宽度、巷道高度等参数对围岩变形的影响，模拟显示，巷道宽度的大小对围岩变形影响尤为显着。设计4套模拟方案，巷道宽度分别为4.5、5.5、6.5、7.5 m，具体情况如表1所示。
表1 不同巷道宽度模拟方案
在数字模拟过程中布置测线对巷道的表面位移进行监测，模拟结果显示：随巷道宽度增加，巷道表面位移显着增大，巷道宽度4.5、5.5、6.5、7.5 m对应的顶板下沉量分别为155、186、220、282 mm，对应的两帮移近量分别为195、223、255、310 mm，随着巷道宽度的增大，围岩变形量显着增大。围岩塑性区发展也是模拟的重要指标，模拟效果如图1所示，根据模拟图形分析，随巷道开挖及模拟计算步数的增加，开挖空间周围的塑性区逐渐发展，整体塑性区发展以顶板为主，两帮次之，底板塑性区发展最小，顶板塑性区的发展呈明显的“拱形”分布，两帮塑性区发展靠底部影响更深，向上逐渐与顶部塑性区协同发育，形成一个整体的塑性区结构，是需要施加外部支护作用的载荷体。
图1 巷道宽度对围岩塑性区影响模拟图
3 锚网索协同支护方案设计
根据数值模拟结果及现场具体的地质生产条件，结合本矿巷道支护经验及矿压显现具体情况，确定5201运输平巷的基本支护原则：一是及时施加主动支护，控制围岩离层及裂隙的进一步发育，二是施加深部支护，由于较大的顶煤厚度及软弱直接顶，必须施加深部支护，将浅部顶板与深部具有承载能力的顶板进行一体锚固；三是注重巷帮及顶帮交角处支护，顶帮形成统一的承载结构。确定该巷道支护采用锚网索联合支护方式。
顶板支护参数：选用Φ18 mm×2 000 mm预紧力螺纹钢锚杆，间排距为800 mm×1 000 mm，沿走向每排打设7根锚杆，两端锚杆与垂直方向成15°角斜向外打设，其余垂直顶板打设；每根锚杆使用CK2330、CK2360树脂锚固剂各一根，锚固力不小于80 kN；金属网使用8#铁丝编制的菱形网，网孔50 mm×50 mm；锚索规格为Φ15.24 mm×7 300 mm小孔径预应力锚索，间排距2 400 mm×3 000 mm，每根锚索使用一卷CK2330锚固剂、两卷CK2360锚固剂端头锚固，锚索托盘采用300 mm×300 mm×10 mm的钢板，遇煤层变厚要及时加长锚索见图2。
图2 巷道锚网索协同支护方案示意图(mm)
两帮支护参数：实体煤帮采用Φ18 mm×2 000 mm螺纹钢锚杆，回采侧煤帮采用Φ18 mm×1 800 mm玻璃钢锚杆，每根使用CK2360树脂锚固剂一根锚固，两帮间排距均为1 000 mm×1 000 mm，每排3根，中间一根垂直煤帮打设，上下两根与水平方向呈15°角向上或向下打设，锚固力不小于80 kN/根。
4 结语
5201运输平巷采用以上方案进行支护，巷道服务期间使用对巷道围岩变形量持续观测。观测结果表明，巷道掘进后围岩变形量有一个快速增长期，平均约45 d后巷道变形趋于稳定，在此过程中测得顶板离层值最大52 mm，顶底板最大移近量138 mm，两帮最大移近量186 mm，变形量处于有效控制范围内，巷道支护方案整体是合理有效的，实现了预期的技术经济效益。
